《射线及波式传感器》PPT课件

《《射线及波式传感器》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、一、射线式传感器二、超声波传感器三、微波传感器第11章射线及波式传感器一、射线式传感器测量原理利用核辐射粒子的电离作用、穿透能力、物体吸收、散射和反射等物理特性工作的传感器。可用来测量物质的密度、厚度，分析气体成分，探测物体内部结构等，它是现代检测技术的重要部分。1、核辐射源—放射性同位素在核辐射传感器中，常采用α、β、γ和X射线的核辐射源，产生这些射线的物质通常是放射性同位素。放射性同位素的特点：在没有外力作用下能自动发生衰变，并释放出上述射线。其衰减规律为：式中J、J0分别为t和t0时刻的辐射强度，λ为衰变常数。核辐射检测要采用半衰期比较长的同位素。半衰期是指放射性同位素的原子核数衰变

2、到一半所需要的时间，这个时间又称为放射性同位素的寿命。核辐射检测除了要求使用半衰期比较长的同位素外，还要求放射出来的射线要有一定的辐射能量。2、核辐射的物理特性1）核辐射核辐射是放射性同位素衰变时，放射出具有一定能量和较高速度的粒子束或射线。主要有四种：α射线、β射线、γ射线和X射线射线。α、β射线分别是带正、负电荷的高速粒子流；γ射线不带电，是以光速运动的光子流，从原子核内放射出来；X射线是原子核外的内层电子被激发射出来的电磁波能量。2）核辐射与物质的相互作用核辐射线的吸收、散射和反射α、β、γ射线穿透过物质程中，一部分粒子能量被物质吸收，一部分粒子被散射掉，能量衰减规律为式中J、J0分

3、别为射线穿透物质前、后的辐射强度，h为穿透物质的厚度，ρ为物质的密度，am为物质的质量吸收系数。三种射线中，γ射线穿透能力最强，β射线次之，α射线最弱，γ射线的穿透厚度比α、β要大得多。β射线穿透物质时容易产生散射现象。当产生相反方向散射时，即出现了反射现象。反射的大小与反射物质的厚度关系为：式中：Jh—反射物质厚度为h(mm)时，放射线被反射的强度；Jm—当h趋向无穷大时的反射强度，Jm与原子序数有关；μh—辐射能量的常数。当J0、am、Jm、μh、ρ等已知后，只要测出J或Jh就可求出其穿透厚度h。电离作用当具有一定能量的带电粒子穿透物质时，在它们经过的路程上就会产生电离作用，形成许多离

4、子对，电离作用是带电粒子和物质相互作用的主要形式。α粒子（射线）由于能量、质量和带电量大，故电离作用最强，但射程(带电粒子在物质中穿行时、能量耗尽前所经过的直线距离)较短。β粒子质量小，电离能力比同样能量的α粒子要弱，由于β粒子易于散射，所以其行程是弯曲的。γ粒子几乎没有直接的电离作用。3、核辐射传感器核辐射与物质的相互作用是核辐射传感器检测物理量的基础。利用电离、吸收和反射作用以及α、β、γ和X射线的特性可以检测多种物理量。常用电离室、气体放电计数管、闪烁计数器和半导体检测核辐射强度，分析气体，鉴别各种粒子等。1)电离室如图，在电离室两侧的互相绝缘的电极上，施加极化电压，使两极板间形成电

5、场。在射线作用下，两极板间的气体被电离，形成正离子和电子，带电粒子在电场作用下定向运动形成电流I，在外接电阻上便形成压降。电流I与气体电离程度成正比，电离程度又正比于射线辐射强度，因此，测量电阻R上的电压值就可得到核辐射强度。电离室主要用于探测α、β粒子。电离室的窗口直径约100mm左右。γ射线的电离室同α、β的电离室不太一样，由于γ射线不直接产生电离，因而只能利用它的反射电子和增加室内气压来提高γ光子与物质作用的有效性，因此，γ射线的电离室必须密闭。2)盖格计数管盖格计数管又称为气体放电计数管，其中心有一根与管子绝缘的金属丝作为阳极，管壳内壁涂有导电金属层作为阴极，计数管内充有氩、氮等气

6、体。在两极间加上适当电压，当核辐射进入计数管内后，管内气体被电离。当电子在外电场的作用下向阳极运动时，由于碰撞气体产生次级电子，次极电子又碰撞气体分子，产生新的次级电子，这样次级电子急剧倍增，发生“雪崩”现象使阳极放电。盖格计数管的特性曲线如下图所示。J1、J2代表入射的核辐射强度，J1＞J2。由图可知，在外电压U相同的情况下，入射的核辐射强度越强，盖格计数管内严生的脉冲N越多。盖格计数管常用于探测α射线和β粒子的辐射量(强度)。3)闪烁计数管闪烁计数管由闪烁晶体(受激发光物体，常有气体、液体和固体三种，分为有机和无机两类)和光电倍增管组成。当辐射照射到闪烁晶体上，便激发出微弱的闪光，闪光

7、射到光电倍增管上（由于闪光很微弱，必须使用光电倍增管才会有光电流输出），就会在其阳极形成脉冲电流，从而得到与核辐射有关的电信号。4、核辐射传感的应用举例核辐射传感器除了用于核辐射的测量外，也能用于气体分析、流量、物位、重量、温度、探伤以及医学等方面。1．核辐射流量计核辐射流量计可以检测气体和液体在管道中的流量。如图，在气流管壁上装有如图所示的两个活动电极，其一的内侧面涂覆有放射性物质构成的电离室。当气体流经两电极间时，由